Cómo hacer que las MCU innovadoras logren un control del motor eficiente en energía

- Nov 06, 2018-

Cómo hacer que las MCU innovadoras logren un control del motor eficiente en energía

La contribución de los motores eléctricos al consumo de energía es cercana al 50% en los Estados Unidos, por lo que reducir el consumo de energía del motor puede mejorar efectivamente la eficiencia energética, y el uso de tecnología avanzada de microcontrolador (MCU) para lograr el control del motor es un método eficaz. Este documento presenta los últimos desarrollos en la tecnología de control de motores MCU y sus aplicaciones.

Uno de los principales objetivos para reducir el consumo de energía es el motor, que consume aproximadamente el 50% del consumo total de energía de los EE. UU. Se pueden encontrar más de 50 motores en el hogar, generalmente de 70 a 80. En el campo industrial, el control automático de la fábrica también se usa ampliamente.

Hoy en día, los desarrollos recientes en la tecnología MCU permiten que los motores funcionen de manera más eficiente a un menor costo. En algunos mercados, esto acelera la transición del control electromecánico al electrónico, permitiendo que el control del motor de velocidad variable optimice la eficiencia del motor y reduzca el costo de todas las aplicaciones en el nivel del dispositivo.

MCU de control de motor de CC sin escobillas de bajo coste

En comparación con los motores con escobillas que se usan a menudo en el control de motores, los motores sin escobillas controlados por MCU (BLDC) eliminan el desgaste de los cepillos y los mecanismos de arco, por lo que la vida del motor está esencialmente limitada por la vida útil del rodamiento. Además, las ventajas de los sistemas de motor BLDC basados en MCU incluyen alta eficiencia, alto índice de inercia de torsión, mayor rendimiento de velocidad, bajo ruido, mejor eficiencia térmica y menores características de EMI.

El uso de MCU de 8 bits específicamente diseñados para la producción en masa del control de motores es un método de muy bajo costo para resolver problemas de control de motores digitales. Con hasta 10 MIPS de hardware específico para control de movimiento y rendimiento (incluido PWM de 14 bits alineado en el centro, un módulo de retroalimentación de movimiento y un ADC de alta velocidad), las aplicaciones que anteriormente requerían procesadores costosos ahora se pueden abordar con bajo costo MCU de 8 bits.

El microcontrolador de 8 bits controla una unidad de frecuencia variable ACIM trifásica.

El control PWM trifásico en algunas MCU, como el PIC18F4431, puede proporcionar los tres controles BLDC en hardware, minimizando el software que se debe desarrollar y depurar. Hasta 8 canales PWM disponibles, generalmente solo se necesitan 6 para conducir un motor trifásico. Por lo tanto, los dos canales restantes se pueden usar para otras funciones sin la necesidad de componentes adicionales. El módulo de retroalimentación de movimiento con interfaz de codificador integral como parte principal de la MCU reduce la cantidad de componentes y el costo del sistema.

Una MCU con un ADC con una frecuencia de muestreo de 200 K por segundo proporciona la velocidad necesaria para el control de bucle cerrado. El uso simultáneo de dos canales diferentes permite muestrear simultáneamente el voltaje y la corriente. Se requiere una transición tan rápida cuando se mide la fuerza electromotriz de fondo (EMF) en el control del motor de bucle cerrado, y la capacidad de sincronizar el ADC con el PWM en el flanco ascendente o descendente minimiza el ruido de conmutación. Juntos, estos módulos eliminan la necesidad de componentes de control de motor externos, como ADCs de alta velocidad y codificadores de posición.

En muchas aplicaciones de control de motores, la operación a prueba de fallas es muy importante. Una MCU con un monitor de reloj a prueba de fallas (un oscilador RC interno que se puede usar como reloj de respaldo en caso de una falla de cristal) permite a los diseñadores usar un control digital que proporciona una alta confiabilidad. Los retrasos de tiempo muerto programables en el PWM minimizan el ruido de conmutación, reducen el tiempo de desarrollo en semanas y cumplen con los plazos críticos del programa para llevar nuevos productos al mercado. En todos los casos, las MCU con memoria flash confiable ofrecen el potencial de un tiempo de comercialización rápido y la flexibilidad para adaptarse a los cambios en la demanda antes de la instalación o durante el uso.

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